lampiran a perhitungan neraca massa - …digilib.unila.ac.id/22/17/lampiran a. neraca...
Post on 06-Feb-2018
526 Views
Preview:
TRANSCRIPT
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
1
LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Kapasitas produksi : 50.000 ton/tahun
Waktu operasi : 330 hari/tahun
Basis perhitungan : 1 jam operasi
Konversi reaktor : 86 %
Bahan baku : NaCl dan H2O
Produk : Sodium Klorat (NaClO3)
Kapasitas produksi = jam 24
hari 1
hari 330
tahun1
ton 1
kg 1000
tahun1
ton000.30
= 3787,879 kg/jam
Komposisi bahan baku pada fresh feed :
Bahan Baku Utama
Komposisi air Laut
Komponen Konsentrasi
(mol/kg)
Berat Molekul
(kg/kgmol)
Berat
(g/kg air laut)
NaCl 0,418491932 58,443 24,458
MgCl2 0,052800000 95,211 5,027
Na2SO4 0,024085034 142,040 3,421
KCl 0,009356000 74,551 0,698
CaCl2 0,006185034 110,984 0,686
CaSO4 0,004114966 136,138 0,560
KBr 0,000844000 119,013 0,100
SrCl2 0,000091000 158,526 0,014
NaF 0,000068000 41,990 0,003
34,968 A.G Dickson & C.Goyet (1994)
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
2
Bahan Baku Pendukung
a. Asam klorida ( HCl )
Komponen Fraksi Massa (%)
HCl 37
H2O 63
Jumlah 100
b. Natrium dikromat ( Na2Cr2O7 )
Komponen Fraksi Massa (%)
Na2Cr2O7 86,2
H2O 13,9
Jumlah 100
Komposisi Produk
Sodium Klorat (NaClO3)
Komponen Fraksi Massa (%)
NaCl 0,065
MgCl2 0,002
Na2SO4 0,000
KCl 0,001
CaCl2 0,000
CaSO4 0,000
KBr 0,000
SrCl2 0,000
NaF 0,000
Na2Cr2O7 0,005
HCl 0,000
NaClO3 (k) 99,820
H2O 0,108
Jumlah 100
Untuk menentukan neraca massa masing-masing komponen pada setiap alat,
dapat dihitung dengan metoda penghitungan backward dari komposisi produk
yang diinginkan.
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
3
Komponen Fraksi Massa (%) Berat (kg/jam)
NaCl 0,309 11,986
MgCl2 0,007 0,283
Na2SO4 0,000 0,000
KCl 0,004 0,148
CaCl2 0,000 0,009
CaSO4 0,000 0,000
KBr 0,000 0,001
SrCl2 0,000 0,000
NaF 0,000 0,003
Na2Cr2O7 0,079 3,062
HCl 0,000 0,000
NaClO3 (k) 99,501 3.860,086
H2O 0,100 3,882
Total 100,000 3.879,459
Diketahui data sebagai berikut :
Komponen Berat Molekul
(kg/kgmol)
NaCl 58,443
MgCl2 95,211
Na2SO4 142,0395
KCl 74,5513
CaCl2 110,984
CaSO4 136,138
KBr 119,0133
SrCl2 158,526
NaF 41,98977
Na2Cr2O7 261,97
HCl 36,46
NaClO3 106,44
H2O 18
NaClO 74,44
H2 2
Dimisalkan :
A = NaCl
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
4
B = MgCl2
C = Na2SO4
D = KCl
E = CaCl2
F = CaSO4
G = KBr
H = SrCl2
I = NaF
J = Na2Cr2O7
K = HCl
L = NaClO3
M = H2O
N = NaClO
O = H2
Secara umum, persamaan neraca massa adalah sebagai berikut :
{Massa masuk} – {Massa keluar} + {Massa tergenerasi} – {Massa terkonsumsi}
= {Akumulasi massa}
(Himmelblau, 1996 : 144)
Perhitungan neraca massa pada masing-masing alat adalah sebagai berikut :
1. Solution Tank (ST-102)
Fungsi : Tempat pencampuran bahan baku yang berupa air laut yang
mengandung
konsentrasi garam (NaCl) dengan zat aditif berupa sodium dikromat
(Na2Cr2O7) dan asam klorida (HCl), agar konsentrasinya sesuai
dengan kondisi Reaktor Elektrolisis (RE-201)
Asumsi : Kadar garam yang diinginkan didalam solution tank setelah
penambahan Na2Cr2O7 dan HCl adalah sebesar 100 gram/liter. Na2Cr2O7
konsentrasinya antara 2-8 gram/liter, sedangkan HCl diberikan untuk menjaga
pH larutan sebesar 6,3 (B.V. Tilak , 1999)
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
5
Gambar A.1 Aliran Massa di sekitar Solution Tank (ST-102)
Dimana :
F11 = aliran bahan baku yang berupa air laut yang berasal dari Nanofiltartion
Membrane (NF-101)
F12 = Sodium dikromat (Na2Cr2O7) yang berasal dari Solution Tank
sodium dikromat (ST-101)
F13 = Aliran HCl yang berasal dari storage tank
F22 = Aliran Recycle yang berasal dari Centrifuge (CF-301)
F14 = Aliran air yang berasal dari utilitas
F15 = Aliran produk keluar dari Solution Tank (ST-102)
Neraca massa total :
F11 + F12 + F13 + F14 + F22 = F15 ………………………………..(A.1)
Di dalam Solution Tank terjadi pencampuran secara sempurna, sehingga sesuai
dengan kondisi reactor elektrolisis RE-201 : Kadar NaCl = 100-120 gpl, Kadar
Na2Cr2O7 = 2-8 gpl dan HCl menjaga pH larutan sebesar 6,3-6,7.
Perhitungan neraca massa :
NaCl
Konsentrasi keluaran reaktor yang diinginkan = 100 gpl (gram/liter)= 0,1
kg/L
F22
ST-102
F11
F12
F13
F15
F14
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
6
Dengan menggunakan program Goal Seek dari Microsoft Excell
didapatkan jumlah massa NaCl sebesar 2084,397 kg/jam (35,665
kgmol/jam) untuk mendapatkan konsentrasi sebesar 100 gpl.
Aliran F12 (Na2Cr2O7)
Kadar NaCl keluaran solution tank yang diinginkan sebesar 2-8 gpl.
Kelarutan Na2Cr2O7 pada suhu 50oC= 438,391 gram/100 gram air atau
(Perry, 1999).
Dengan menggunakan program Goal Seek didapatkan jumlah Na2Cr2O7
sebesar 4,169 kg dengan konsentrasi sebesar 4,623 gpl (memenuhi syarat).
Jumlah air yang dibutuhkan untuk melarutkan Na2Cr2O7
= jamkg /276,184169100
391,438
H2O
Jumlah massa air didapatkan dengan trial and error produk keluaran
Solution Tank dengan program Goal Seek, sehingga didapatkan massa
sebesar 20.448,103 kg/jam (1136,006 kgmol/jam)
Aliran F13 (HCl )
pH larutan yang diinginkan sebesar 6,3.
pH = -log [H+] …………….(A.2)
6,3 = -log [H+] , akhirnya didapatkan konsentrasi H+ atau HCl sebesar
0,0000005011872 mol/L = 0,0000182732865 kg/L
Jumlah HCl yang dibutuhkan :
Massa air total = 18,276 + 20.448,103 = 20.446,379 kg/jam= 20.446,379
L/jam.
Sehingga, jumlah HCl yang diperlukan sebesar
= 0,0000182732865 kg/L x 20.446,379 L/jam.
= 0,374 kg/jam
Dari fraksi massa bahan baku HCl yang berupa 37% HCl dan 63% air,
maka didapatkan massa air bawaan bahan baku HCl sebesar
jamkg /374,037
63 =0,637 kg/jam
Aliran F14 (H2O)
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
7
Didapatkan dengan trial and error input aliran F11, F12, F13, F20 dengan
produk output Solution Tank yang diinginkan. Dengan program Goal Seek
didapatkan jumlah air sebesar 15.505,891 kg/jam
Berdasarkan perhitungan neraca massa pada masing-masing komponen, maka
dapat disusun tabel neraca massa komponen sebagai berikut :
Tabel A.1 Neraca massa di sekitar Solution Tank (ST-102)
Komponen
Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Aliran 11 Aliran 12 Aliran 13 Aliran 14 Aliran 20 Aliran 15
NaCl 2.297,255 557,049 2.854,304
MgCl2 12,157 12,206 12,157
Na2SO4 0,001 0,001 0,001
KCl 6,341 6,366 6,341
CaCl2 0,399 0,401 0,399
CaSO4 0,003 0,003 0,003
KBr 0,022 0,022 0,022
SrCl2 0,000 0,000 0,000
NaF 0,113 0,113 0,113
Na2Cr2O7 0,000 4,169 127,353 131,522
HCl 0,000 0,374 8,369 8,743
NaClO3 (l) 0,000 6.686,328 6.686,328
H2O 7.907,880 18,276 0,637 15.505,891 5.016,438 28.449,122
Total
10.224,171 22,444 1,011 12.414,651 38.149,054
38.168,168
Kadar NaCl keluaran Solution Tank (ST-102)
122,449.28
304,854.2 = 0,10033 kg/liter air
= 100,330 gpl (memenuhi syarat)
2. Electrolytic Cell (RE-201)
Fungsi : Tempat terjadinya reaksi pembentukan NaClO3 dari NaCl dan H2O
secara elektrolisis
Asumsi : Konsentrasi NaClO3 keluaran reaktor sebesar 400-550 gpl (B.V
Tilak,
1999)
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
8
Gambar :
Gambar A.2 Aliran Massa di sekitar Reaktor Elektrolisis (RE-101)
Dimana :
F15 = Umpan masuk reaktor yang berasal dari Solution Tank (ST-102)
(kg/jam).
F16 = Produk samping keluaran reaktor yang berupa gas H2 (kg/jam).
F17 = Produk utama keluaran reaktor (kg/jam).
Neraca massa total :
F15 = F16 + F17
Konversi NaCl = 86 % (Lampiran A)
Selektivitas :
NaClO3 = 95 %
NaClO = 5 %
Konversi NaCl menjadi NaClO3 = 86 % x 95 % = 81,7 %
Konversi NaCl menjadi NaClO = 86 % x 5 % = 4,3 %
Reaksi di dalam Reaktor
Reaksi (1)
NaCl + 3H2O NaClO3 + 3H2
Reaktan
NaCl = 2.854,304 kg/jam = 48,839 kgmol
H2O = 28.449,122 kg/jam =1.580,507 kgmol
RE-201
F15 F16
F17
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
9
Bereaksi
NaCl = %7,81839,48 kgmol = 39,902 kgmol
H2O = 3 x 39,902 kgmol = 119,705 kgmol
Produk
NaClO3 = 39,902 kgmol = 4.247,121 kg
H2 = 3 x 39,902 kgmol = 119,705 kgmol = 239,409 kg
Sisa
NaCl = 48,839 – 39,902 = 8,938 kgmol
H2O = 1.580,507 - 119,705 = 1.460,802 kgmol
Reaksi (2)
NaCl + H2O NaClO + H2
Jumlah mula-mula, sisa reaksi (1) :
NaCl = 8,938 kgmol
H2O = 1.460,802 kgmol
Bereaksi
NaCl = 8,938 kgmol x 4,3 % = 0,384 kgmol
H2O = 0,384 kgmol
Produk
NaClO = 0,384 kgmol = 28,608 kg
H2 = 0,343 kgmol = 0,769 kg
Sisa
NaCl = 8,938 kgmol - 0,384 kgmol = 8,553 kgmol = 499,877 kg
H2O = 1.460, 802 kgmol - 0,384 kgmol = 1460,418 kgmol = 26.287,52 kg
Tabel A.2 Neraca Massa di sekitar Reaktor Elektrolisis (RE-201)
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Aliran 15 Aliran 16 Aliran 17
NaCl 2.854,304 0,000 499,877
MgCl2 12,157 12,157
Na2SO4 0,001 0,001
KCl 6,341 6,341
CaCl2 0,399 0,399
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
10
Kadar NaClO3 = 1000/520,287.26
/449,933.10
jamL
jamkg= 415,598 gpl (memenuhi syarat)
3. Dehypoing Reactor (RE-202)
Fungsi : Untuk menghilangkan sisa NaClO sebagai reaksi samping dari
pembentukan NaClO3 dengan cara pemanasan di atas suhu 308 K
Asumsi : NaClO terkonversi 100 %
Gambar :
Gambar A.3 Aliran Massa di sekitar Dehypoing Reactor (RE-202)
Dimana :
F17 = Umpan Masuk reaktor berasal dari Reaktor Elektrolisis (RE-201)
F18 = Produk keluaran Dehypoing Reactor (RE-202)menuju Evaporator (EV-
301)
CaSO4 0,003 0,003
KBr 0,022 0,022
SrCl2 0,000 0,000
NaF 0,113 0,113
Na2Cr2O7 131,522 0,000 131,522
HCl 8,743 0,000 8,743
NaClO3 6.686,328 0,000 10.933,449
NaClO 28,608 0,000 28,608
H2O 28.449,122 0,000 26.287,520
H2 240,178
Total 38.177,663
240,178 37.908,756
38.177,663
RE-202
F17
F18
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
11
Neraca massa total :
F16 = F17
Reaksi yang terjadi
3 NaClO → NaClO3 + 2 NaCl (C.-H. Yangi, 2000)
Mula-mula
NaClO = 28,608 kg = 0,384 kmol
Bereaksi = 0,384 kmol
Produk
NaClO3 = kmol384,03
1 = 0,128 kmol = 13,635 kg
NaCl = kmol384,03
2 = 0,256 kmol = 14,974 kg
Tabel A.4 Neraca Massa di sekitar Reaktor Dehypoing (RE-202)
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Aliran17 Aliran 18
NaCl 499,877 514,851
MgCl2 12,157 12,157
Na2SO4 0,001 0,001
KCl 6,341 6,341
CaCl2 0,399 0,399
CaSO4 0,003 0,003
KBr 0,022 0,022
SrCl2 0,000 0,000
NaF 0,113 0,113
Na2Cr2O7 131,522 131,522
HCl 8,743 8,743
NaClO3 10.933,449 10.947,084
NaClO 28,608 0,000
H2O 26.287,520 26.287,520
Total 37.908,756 37.908,756
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
12
4. Evaporator (EV-301)
Fungsi : Menguapkan air supaya fraksi massa NaClO3 mendekati titik
jenuhnya sebesar 1999,8 gpl
Gambar A.4 Aliran Massa di sekitar Evaporator (EV-301)
Dimana :
F17 = Umpan masuk evaporator yang berasal dari Reaktor Dehypoing (RE-
202)
F18 = Uap air keluaran evaporator
F19 = Aliran massa keluaran evaporator menuju Crystallizer (CR-301)
Neraca massa total :
F18 = F19 + F20
Kelarutan NaClO3 dalam air pada suhu 80oC = 1.999,8 gpl (Perry, 1999)
Penguapan air dilakukan sampai batas kejenuhan NaClO3. Jika melewati titik
jenuh kelarutannya maka NaClO3 akan menjadi kristal di dalam evaporator.
Neraca Komponen NaClO3
Diinginkan kadar NaClO3 output sebesar 1900 gpl
Dibuat asumsi awal untuk jumlah air yang diuapkan. Kemudian dengan
menggunakan fasilitas goal seek Microsoft excel didapatkan :
EV-301 F18
F19
F20
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
13
Kadar NaClO3 output = %1003 outputairmassa
NaClOmassa
= 1000945,958.4
084,947.10 = 1900 gpl
Maka Jumlah air yang harus diuapkan evaporator sebesar
FM19 = FM18-FM20
= 26.287,520- 4.958,945
= 21.328,575 kg
Tabel A.5 Neraca Massa di sekitar Evaporator (EV-301)
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Aliran 18 Aliran 19 Aliran 20
NaCl 514,851 514,851
MgCl2 12,157 12,157
Na2SO4 0,001 0,001
KCl 6,341 6,341
CaCl2 0,399 0,399
CaSO4 0,003 0,003
KBr 0,022 0,022
SrCl2 0,000 0,000
NaF 0,113 0,113
Na2Cr2O7 131,522 131,522
HCl 8,743 8,743
NaClO3 (nk) 10.947,084 10.947,084
H2O 26.287,520 21.328,575 4.958,945
Total 37.908,756
21.328,575 16.580,181
37.908,756
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
14
5. Crystallizer ( CR-301)
Fungsi : Mengkristalisasikan sodium klorat dari larutan induknya, sehingga
bisa
dengan mudah dipurifikasi.
Asumsi : Efisiensi kristalisasi sebesar 34% (Mc. Ketta 7 : 168)
Gambar :
Gambar A.5 Aliran Panas di sekitar Crystallizer ( CR-301)
Dimana :
F20 = Umpan masuk kristalizer yang berasal dari Evaporator (EV-301).
F21 = Produk keluaran kristalizer yang mengandung kristal sodium klorat.
Neraca Massa Total
F20 = F21
Massa H2O input = 4.958,945 kg/jam
Suhu masuk kristallizer = 80oC
Suhu keluar Crystallizer = 31oC (Mc. Ketta 7)
Banyaknya kristal NaClO3 yang terbentuk :
(Chopey,N. :108)
Dimana :
C = berat kristal yang terbentuk
F = berat larutan
% wt = % berat zat dalam larutan
CR-301
F20
F21
tan%1
tan%%
kelaru
kelaruzatwtxFC
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
15
Massa NaClO3 = 10.947,084kg/jam
Massa total = 16.580,181kg/jam
% wt = jamkg
jamkg
/181,580.16
/084,947.10= 0,66
Kelarutan NaClO3 pada suhu 31oC = 125,81 gram/100 gram air
% Kelarutan NaClO3 = 81,125100
81,125
= 0,557
C =
557,01
557,066,0181,580.16 = 3.803,082 kg/jam
Jumlah NaClO3 terkristalkan = 3.860,082 kg/jam
Dan sisanya tidak terkristalkan sebanyak
NaClO3(nk) = 10.947,084kg/jam - 3.860,086kg/jam
= 7.086,999kg/jam
Tabel A.5 Neraca Massa di sekitar Crystallizer (CR-301)
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Aliran 20 Aliran 21
NaCl 514,851 514,851
MgCl2 12,157 12,157
Na2SO4 0,001 0,001
KCl 6,341 6,341
CaCl2 0,399 0,399
CaSO4 0,003 0,003
KBr 0,022 0,022
SrCl2 0,000 0,000
NaF 0,113 0,113
Na2Cr2O7 131,522 131,522
HCl 8,743 8,743
NaClO3 (k) 0,000 3.860,086
NaClO3 (nk) 10.947,084 7.086,999
H2O 4.958,945 4.958,945
Total 16.580,181 16.580,181
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
16
6. Centrifuge (CF-301)
Fungsi : Memisahkan kristal NaClO3 dari larutan induknya
Asumsi : Kristal NaClO3 akan keluar dengan konsentrasi 10 % moisture
(Saeman, 1912)
Gambar :
Gambar A.6 Aliran massa di sekitar Centrifuge (CF-301)
Dimana :
F21 = Umpan masuk centrifuge yang berasal dari Crystallizer ( CR-301)
(kg/jam)
F22 = Aliran Recycle yang dikembalikan ke Solution Tank (ST-102) (kg/jam)
F23 = Produk keluaran centrifuge yang selanjutnya akan dibawa ke Rotary
Dryer (RD-301) (kg/jam)
Neraca Massa Total
F21 = F22 + F23
Input : Aliran 21
Komponen Input (F21) kg/jam Fraksi Massa
NaCl 514,851 0,031052179512
MgCl2 12,157 0,000733210198
Na2SO4 0,001 0,000000074400
KCl 6,341 0,000382420369
CaCl2 0,399 0,000024092636
CaSO4 0,003 0,000000200618
KBr 0,022 0,000001320054
SrCl2 0,000 0,000000000713
NaF 0,113 0,000006809923
Na2Cr2O7 131,522 0,007932452793
HCl 8,743 0,000527337162
NaClO3 (k) 3.860,086 0,232813237662
CF-301
F21
F23
F22
(Recycle)
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
17
NaClO3 (nk) 7.086,999 0,427437963641
H2O 4.958,945 0,299088700319
Total 16.580,181 1,000000000000
Kristal NaClO3 akan keluar dengan konsentrasi 10 % moisture (Saeman,
1912), sehingga
NaClO3 (k) = 3.860,086 kg/jam
H2O = 100
10 3.860,086 = 386,009 kg/jam
Air yang terbawa kristal juga mengandung zat terlarut yang konsentrasinya
sama dengan aliran 21.
Tabel A.6 Neraca Massa di sekitar Centrifuge (CF-301)
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Aliran 21 Aliran 23 Aliran 22
NaCl 514,851 11,986 502,864
MgCl2 12,157 0,283 11,874
Na2SO4 0,001 0,000 0,001
KCl 6,341 0,148 6,193
CaCl2 0,399 0,009 0,390
CaSO4 0,003 0,000 0,003
KBr 0,022 0,001 0,021
SrCl2 0,000 0,000 0,000
NaF 0,113 0,003 0,110
Na2Cr2O7 131,522 3,062 128,460
HCl 8,743 0,204 8,540
NaClO3 (k) 3.860,086 3.860,086 0,000
NaClO3 (nk) 7.086,999 0,000 7.086,999
H2O 4.958,945 386,009 4.572,936
Total 16.580,181
4.261,789 12.318,392
16.580,181
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
18
7. Rotary Dryer (RD-301)
Fungsi : Menghilangkan kadar air dan HCl produk
Asumsi: Tidak ada padatan yang menguap. Kandungan air sebelum masuk
rotary dryer untuk kristal adalah 10 % w/w (Tabel 9.10 Walas, 1988 : 257).
Produk akhir diizinkan mengandung air sebesar 0,1 %
Gambar :
Gambar A.7 Aliran Massa di sekitar Centrifuge (CF-301)
Dimana :
F23 = Umpan masuk Rotary Dryer yang berasal dari Centrifuge (CF-301)
(kg/jam)
F24 = Uap air yang bercampur dengan udara panas yang berasl dari rotary
dryer
(kg/jam)
F25 = Produk keluaran rotary dryer (kg/jam)
Neraca Massa Total
F23 = F24 + F25
Kandungan air F23 = 386,009 kg
Kadar air F23 = %100/789,261.4
/009,386
jamkg
jamkg= 9,057 %
Di dalam rotary dryer ini, air dan HCl menguap.
Neraca massa komponen
HCl
F23.XK 23=F24.XK 24
XK 23= 0,000047763 (sangat kecil)
F25 RD-301 F23
F24
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
19
Asumsi: Komponen F24 mengandung 100% air, maka massa H2O yang
diuapkan didapatkan dengan cara trial and error menggunakan Goal Seek
Microsoft Excell, dengan variable konstan berupa kadar air output rotary dryer
sebesar 0,1%, sehingga didapatkan massa air yang harus diuapkan sebesar
382,127 kg/jam
Tabel A.7 Neraca Massa di sekitar Rotary Dryer (RD-301)
Komponen Input (kg/jam) Output (kg/jam)
Aliran 23 Aliran 24 Aliran 25
NaCl 11,986 11,986
MgCl2 0,283 0,283
Na2SO4 0,000 0,000
KCl 0,148 0,148
CaCl2 0,009 0,009
CaSO4 0,000 0,000
KBr 0,001 0,001
SrCl2 0,000 0,000
NaF 0,003 0,003
Na2Cr2O7 3,062 3,062
HCl 0,204 0,204 0,000
NaClO3 (k) 3.860,086 3.860,086
H2O 386,009 382,127 3,882
Total 4.261,789
382,330 3.879,459
4.261,789
8. Nanofiltration Membran
Fungsi : Menghilangkan kation dan anion air laut selain NaCl
Gambar :
NF-101 F1
F2
F3
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
20
Gambar A.8 Aliran Massa di sekitar Nanofiltration Membrane Stage 1th
(NF-
101-1)
Dimana :
F1 = Aliran masuk Nanofiltration Membrane Stage 1th
yang berasal dari
Ultrafiltration Membrane (UF-101) (kg/jam)
F2 = Aliran output membran (concentrate) yang mengalami rejection (kg/jam)
F3 = Aliran output membrane yang lolos dari nanofiltration (permeate)
(kg/jam)
Neraca Massa Total
F1 = F2 + F3
Tipe membrane : Dow Filmtec NF270-4040 Nanofiltration Membrane
Specifications:
Tipe membran Polyamide Thin-Film Composite (TFC)
Suhu operasi maksimum 113oF (45
oC)
Tekanan operasi maksimum 600 psi (41 bar)
Laju alir umpan maksimum 16,0 gpm (3,6 m3/hr)
Rentang pH, Operasi kontinyu 2-11
Rentang pH, pembersihan singkat 1-12 (30min)
Silt Density Index umpan maksimum 5 SDI
Batas toleransi Klorin bebas <0.1 ppm**
Laju alir permeate 2,500 GPD (9.5 m3/day)*
Rejeksi stabil garam >97.0%
MWCO (Moleculer Weight Cut Off) 200 Dalton (Baker, 2004)
% Rejection R=(0,7MW-3,5) (Baker, 2004)
Thickness 150 μm (Wagner, 2001)
Thin Film 1 μm (Wagner, 2001)
Diameter 4 Inches
Panjang 40 Inches
Tekanan aplikasi 70 psi (4,8 bar)
Luas permukaan aktif 82 ft2 (7,6 m2)
Harga US$439.95
(http://www.home-water-purifiers-and-filters.com)
Komposisi Air Laut
Komponen Konsentrasi
(mol/kg)
Berat Molekul
(Kg/kmol)
Berat(g/kg
air laut) % Rejection
NaCl 0,418 58,443 24,458 8
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
21
MgCl2 0,053 95,211 5,027 63,148
Na2SO4 0,024 142,040 3,421 95,928
KCl 0,009 74,551 0,698 48,686
CaCl2 0,006 110,984 0,686 74,189
CaSO4 0,004 136,138 0,560 91,797
KBr 0,001 119,013 0,100 79,809
SrCl2 0,000 158,526 0,014 95,000
NaF 0,000 41,990 0,003 25,893
Total 34,968
A.G Dickson & C.Goyet (1994)
Percent Recovery
f
p
Q
QR (Pirnie, 2005)
Keterangan :
R = recovery membran (%)
Qp = aliran filtrate yang melewati membran (kg/jam)
Qf = aliran umpan masuk membran (kg/jam)
Qf = Qc +Qp (Pirnie, 2005)
Qf = aliran umpan masuk membran (kg/jam)
Qc = aliran konsentrat keluar dari membran (kg/jam)
Qp = aliran filtrate (permeate) keluar dari membran (kg/jam)
% Recovery = 50 % (http://www.home-water-purifiers-and-
filters.com/products.php)
Qf = 3,6 m3/jam = 3.672 kg/jam
Percent Rejection
%1001
Cf
CpR
Keterangan :
R = %Rejection
Cp = konsentrasi zat terlarut di dalam permeate
Cf = konsentrasi zat terlarut di dalam feed
TDS (Total Dissolved Solids) dalam air laut = 34,968 gram/kg air laut
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
22
Neraca massa Stage 1 untuk 1 membran
Qf1 = 3.672 kg/jam
Qp1 = 1.836 kg/jam
Qc1 = 1.836 kg/jam
Komponen Cf %Rejection Cc Cp %X permeate
NaCl 89,809 8,000 7,185 82,625 4,433
MgCl2 18,460 63,148 11,657 6,803 0,365
Na2SO4 12,562 95,928 12,050 0,512 0,027
KCl 2,561 48,686 1,247 1,314 0,071
CaCl2 2,521 74,189 1,870 0,651 0,035
CaSO4 2,057 91,797 1,888 0,169 0,009
KBr 0,369 79,809 0,294 0,074 0,004
SrCl2 0,053 95,000 0,050 0,003 0,000
NaF 0,010 25,893 0,003 0,008 0,000
H2O 3.543,598 1.771,799 1.771,799 95,056
Total 3.672,000 1.808,044 1.863,956 100,000
TDS p =kg
gram
jamkg
jamkgpartikelTotal1000
/956,863.1
/
= 49,442 gram/kg permeate
TDS f = 34,9680 gram/kg
TDS c = 20,0464 gram/kg
Neraca Massa Stage 2 Untuk 1 membran
Qf 2 = 3.672 kg
R = 50 %
Komponen Cf %Rejection Cc Cp %X permeate
NaCl 162,771 8,000 13,022 149,749 7,875
MgCl2 13,402 63,148 8,463 4,939 0,260
Na2SO4 1,008 95,928 0,967 0,041 0,002
KCl 2,589 48,686 1,261 1,329 0,070
CaCl2 1,282 74,189 0,951 0,331 0,017
CaSO4 0,332 91,797 0,305 0,027 0,001
KBr 0,147 79,809 0,117 0,030 0,002
SrCl2 0,005 95,000 0,005 0,000 0,000
NaF 0,015 25,893 0,004 0,011 0,001
H2O 3.490,449 1.745,225 1.745,225 91,773
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
23
Total 3.672,000 1.770,318 1.901,682 100,000
TDS permeate = 82,2730 gram/kg
TDS f = 49,4419 gram/kg
TDS c = 14,1747 gram/kg
Neraca Massa Stage 3 Untuk 1 membran
Qf 3 = 3.672 kg
R = 50 %
Komponen Cf %Rejection Cc Cp %X permeate
NaCl 289,154 8,000 23,132 266,022 13,600
MgCl2 9,536 63,148 6,022 3,514 0,180
Na2SO4 0,079 95,928 0,076 0,003 0,000
KCl 2,565 48,686 1,249 1,316 0,067
CaCl2 0,639 74,189 0,474 0,165 0,008
CaSO4 0,053 91,797 0,048 0,004 0,000
KBr 0,057 79,809 0,046 0,012 0,001
SrCl2 0,001 95,000 0,000 0,000 0,000
NaF 0,022 25,893 0,006 0,016 0,001
H2O 3.369,894 1.684,947 1.684,947 86,142
Total 3.672,000 1.716,000 1.956,000 100,000
TDS permeate= 138,575 gram/kg permeate
TDS f = 82,2730 gram/kg permeate
TDS c = 18,0964 gram/kg permeate
Menghitung kadar Na2SO4 permeate
Menghitung Kadar Logam Permeate
Na2SO4 = ppmjamkg
jamkg000.000.1
/1956
/003,0
= 1,650 ppm (sudah memenuhi standar <25 ppm)
Menghitung Kadar Logam Permeate Stage 3 Untuk 1 membran
Komponen m (kg) BM Jumlah mol (kgmol) BM ion Berat ion (kg)
MgCl2 (Mg2+)
3,514 95,211 3,691E-02 24,310 0,897
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
24
Na2SO4 (Na+) 0,003 142,040 2,272E-05 23,000 0,001
KCl (K+) 1,316 74,551 1,766E-02 39,100 0,690
CaCl2 (Ca2+)
0,165 110,984 1,486E-03 40,000 0,059
CaSO4 (Ca2+)
0,004 136,138 3,173E-05 40,000 0,001
KBr (K+) 0,012 119,013 9,704E-05 39,100 0,004
SrCl2 (Sr2+)
0,000 158,526 1,589E-07 87,620 0,000
NaF (Na+) 0,016 41,990 3,866E-04 23,000 0,009
Total 5,031 1,662
Total ion logam = ppmkg
kg000.000.1
956.1
662,1
= 849,515 ppm (belum memenuhi syarat <100 ppm)
Kadar ion logam masih di atas 100 ppm (Syarat kadar ion di dalam reaktor
elektrolisis), maka harus dilakukan filtrasi membrane lebih lanjut dengan
menambah nanofiltrasi membrane sampai stage 4.
Neraca Massa Stage 4 Untuk 1 membran
Qf 4 = 3.672 kg
R = 50 %
Komponen Cf %Rejection Cc Cp %X permeate
NaCl 499,403 8,000 39,952 459,451 24,160
MgCl2 6,598 63,148 4,166 2,431 1,279E-01
Na2SO4 6,058E-03 95,928 5,812E-03 2,467E-04 1,297E-05
KCl 2,471 48,686 1,203 1,268 6,668E-02
CaCl2 0,310 74,189 0,230 7,989E-02 4,201E-03
CaSO4 0,008 91,797 7,444E-03 6,653E-04 3,498E-05
KBr 0,022 79,809 1,730E-02 4,377E-03 2,302E-04
SrCl2 0,000 95,000 4,492E-05 2,364E-06 1,243E-07
NaF 0,030 25,893 7,890E-03 2,258E-02 1,187E-03
H2O 3.163,152 1.581,576 1.581,576 83,167
Total 3.672,000 1.627,166 2.044,834 107,528
TDS permeate= 226,551 gram/kg permeate
TDS f = 138,5752 gram/kg permeate
TDS c = 28,0179 gram/kg permeate
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
25
Menghitung kadar Na2SO4 permeate
Na2SO4 = 0,121 ppm (sudah memenuhi standar <25 ppm)
Menghitung Kadar Logam Permeate
Komponen m (kg) BM Jumlah mol (kgmol) BM ion Berat ion (kg)
MgCl2 (Mg2+
) 2,431 95,211 2,554E-02 24,310 0,621
Na2SO4 (Na+) 0,000 142,040 1,737E-06 23,000 0,000
KCl (K+) 1,268 74,551 1,701E-02 39,100 0,665
CaCl2 (Ca2+
) 0,080 110,984 7,199E-04 40,000 0,029
CaSO4 (Ca2+
) 0,001 136,138 4,887E-06 40,000 0,000
KBr (K+) 0,004 119,013 3,678E-05 39,100 0,001
SrCl2 (Sr2+
) 0,000 158,526 1,491E-08 87,620 0,000
NaF (Na+) 0,023 41,990 5,378E-04 23,000 0,012
Total 3,807 1,329
Total ion = 97,071 ppm (sudah memenuhi syarat <100 ppm)
Tidak perlu penambahan stage nanofiltration membran.
Menghitung Jumlah Modul Membran
Jumlah NaCl yang dibutuhkan keluaran stage 4 = 2.084,397 kg
NaCl yang dihasilkan 1 modul membran pada stage 4 = 459,451 kg
Stage 4
Jumlah modul membran stage 4 =ulkg
kg
mod/451,459
397,084.2 = 4,537 buah
Dibulatkan menjadi = 5 buah modul
1 modul membran stage 4 memiliki
Qp = 2.044,834 kg
Qc = 1.627,166 kg
Qf = 3.672,000 kg
Aliran Total Stage 4
Qp stage 4 = 5 x 2.044,834 = 10.224,171 kg
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
26
Qc stage 4 = 5 x 1.627,166 = 8.135,829 kg
Qf stage 4 = 5 x 3.672,000 = 18.360,000 kg
Stage 3
Qf stage 4= Qp stage 3 = 18.360,000 kg
1 modul membran stage 3 memiliki
Qp = 1.956,000 kg
Qc = 1.716,000 kg
Qf = 3.672,000 kg
Jumlah modul membran stage 3 = ulkg
kg
mod/956.1
360.18 = 9,387 modul
Dibulatkan menjadi = 10 modul
Aliran Total Stage 3
Qp stage 3 = 10 x 1.956,000 = 19.559,998 kg
Qc stage 3 = 10 x 1.716,000 = 17.160,002 kg
Qf stage 3 = 10 x 3.672,000 = 36.720,000 kg
Aliran Total Stage 2
Qf stage 3= Qp stage 2 = 36.720,000 kg
1 modul membran stage 2 memiliki
Qp = 1.901,682 kg
Qc = 1.770,318 kg
Qf = 3.672,000 kg
Jumlah modul membran stage 2 = ulkg
kg
mod/682,901.1
720.36 = 19,309 modul
Dibulatkan menjadi = 20 modul
Aliran Total Stage 2
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
27
Qp stage 2 = 38.033,633 kg
Qc stage 2 = 35.406,367 kg
Qf stage 2 = 73.440,000 kg
Qf stage 2=Qp stage 1 = 73.440 kg
1 modul membran stage 1 memiliki
Qp = 1.863,956 kg
Qc = 1.808,044 kg
Qf = 3.672,000 kg
Jumlah modul membran stage 1 = ulkg
kg
mod/956,863.1
440.73 = 39,400 modul
Dibulatkan menjadi = 40 modul
Aliran Total Stage 1
Qp stage 1 = 40 x 1.863,956 = 74.558,257 kg
Qc stage 1 = 40 x 1.808,044 = 72.321,743 kg
Qf stage 1 = 40 x 3.672,000 = 146.880,000 kg
Jumlah modul setiap stage
Stage 1 = 40 buah
Stage 2 = 20 buah
Stage 3 = 10 buah
Stage 4 = 5 buah
Jumlah modul Total = 75 buah
Neraca Massa Nanofiltarion Membrane Stage 1
Komponen Input (kg/jam Output (kg/jam)
Aliran 1 Aliran 2 Aliran 3
NaCl 3.592,380 287,390 3.304,989
MgCl2 738,386 466,274 272,112
Na2SO4 502,480 482,018 20,463
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
28
KCl 102,449 49,878 52,571
CaCl2 100,824 74,800 26,024
CaSO4 82,283 75,533 6,750
KBr 14,754 11,775 2,979
SrCl2 2,119 2,013 0,106
NaF 0,419 0,109 0,311
H2O 141.743,905 70.871,953 70.871,953
Total 146.880,000
72.321,743 74.558,257
146.880,000
Neraca Massa Stage 2
Komponen Input (kg/jam Output (kg/jam)
Aliran 3 Aliran 4 Aliran 5
NaCl 3.304,989 260,434 2.994,986
MgCl2 272,112 169,255 98,776
Na2SO4 20,463 19,335 0,821
KCl 52,571 25,211 26,572
CaCl2 26,024 19,017 6,616
CaSO4 6,750 6,103 0,545
KBr 2,979 2,342 0,592
SrCl2 0,106 0,099 0,005
NaF 0,311 0,079 0,227
H2O 70.871,953 34.904,492 34.904,492
Total 73.440,000
35.406,367 38.033,633
73.440,000
Neraca Massa Stage 3
Komponen Input (kg/jam Output (kg/jam)
Aliran 5 Aliran 6 Aliran 7
NaCl 2.891,543 231,323 2.660,220
MgCl2 95,364 60,220 35,144
Na2SO4 0,792 0,760 0,032
KCl 25,654 12,490 13,164
CaCl2 6,388 4,739 1,649
CaSO4 0,527 0,483 0,043
KBr 0,572 0,456 0,115
SrCl2 0,005 0,005 0,000
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
29
NaF 0,219 0,057 0,162
H2O 33.698,936 16.849,468 16.849,468
Total 36.720,000
17.160,002 19.559,998
36.720,000
Neraca Massa Stage 4
Komponen Input (kg/jam Output (kg/jam)
Aliran 7 Aliran 8 Aliran 9
NaCl 2.497,016 199,761 2.297,255
MgCl2 32,988 20,831 12,157
Na2SO4 0,030 0,029 0,001
KCl 12,356 6,016 6,341
CaCl2 1,548 1,148 0,399
CaSO4 0,041 0,037 0,003
KBr 0,108 0,087 0,022
SrCl2 0,000 0,000 0,000
NaF 0,152 0,039 0,113
H2O 15.815,760 7.907,880 7.907,880
Total 18.360,000
8.135,829 10.224,171
18.360,000
Neraca Massa 1 Sistem Nanofiltration Membrane (NF-101)
Komponen
Input Output
1 (umpan) 2 (total Concentrate) 3 (stage 4 Permeate)
NaCl 3.592,380 978,909 2.297,255
MgCl2 738,386 716,581 12,157
Na2SO4 502,480 502,142 0,001
KCl 102,449 93,595 6,341
CaCl2 100,824 99,705 0,399
CaSO4 82,283 82,157 0,003
KBr 14,754 14,660 0,022
SrCl2 2,119 2,117 0,000
NaF 0,419 0,284 0,113
H2O 141.743,905 130.533,793 7.907,880
Total 146.880,000
133.023,941 10.224,171
146.880,000
LAMPIRAN A.NERACA MASSA
Prarancangan Pabrik Sodium Klorat dari Sodium Klorida dengan Kapasitas
30.000 Ton/Tahun
30
9. Ultrafiltration Membrane (UF-101)
Fungsi : -Menurunkan Silt Density Index air laut dari 30 SDI menjadi < 5 SDI
- Menghilangkan pengotor air laut yang berupa partikel-partikel padatan
terlarut yang yang bisa meningkatkan Fouling factor di Nanofiltration
Membran (NF-101)
Gambar A.9 Aliran Massa di sekitar Ultrafiltration Membrane (UF-101)
Tipe membrane : DOW Ultrafiltration SFX-2880
Konfigurasi : Hollow Fiber
Jenis membrane : H-PVDF
Filtrate Flux @ 25°C : 40-120 L/m2/hr
Luas permukaan modul : 77 m2
http://www.dowwaterandprocess.com/products/uf/index.htm 2 Nov 2010
Diambil aliran filtrat sebesar 100 L/m2/hr = 102 kg/m
2/hr
Jumlah filtrat yang dibutuhkan = 146.880,000 kg/jam
Jumlah filtrate setiap modul = 77 m2 x 102 kg/m
2/hr = 7.854,000 kg/jam
Jumlah modul yang dibutuhkan =854.7
880.146 = 18,701 modul = 19 modul
NF-101 F1 F2
top related